Градиентометр на базе ВТСП СКВИДов для работы в неэкранированном пространстве тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

У

□034Э0Э48

На правах рукописи

Бурмистров Евгений Владимирович

Градиентометр на базе ВТСП СКВИДов для работы в неэкранированном пространстве

Специальность 01.04.01 - приборы и методы экспериментальной физики

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

2 8ЯНВ?т

Москва - 2010

003490948

Работа выполнена на кафедре атомной физики, физики плазмы и микроэлектроники физического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова.

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук профессор Снигирев Олег Васильевич

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук Овсянников Геннадий Александрович

Защита состоится 18 февраля 2010 г. в 16 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 501.001.66 при Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991, Москва, Ленинские .горы, МГУ имени М.В. Ломоносова, физический факультет, аудитория О

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова.

Автореферат разослан Ш 0{ 2010 г.

кандидат физико-математических наук Варлашкин Андрей Валерьевич

Ведущая организация:

Московский Педагогический Государственный Университет (МПГУ), Факультет Физики и Информационных Технологий, Кафедра общей и экспериментальной физики

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 501.001.66, кандидат физико-математических наук

И.Н. Карташов

Общая характеристика работы Актуальность темы

Кардиограмма

_Окулограмма

Миограмма Кардиограмма эмбриона Энцефалограмма

Активность коры головного мозга

Активность спинного мозга

_1_1_1_I_I

100т 1 10 100 1к

Частота, Гц

Рис. 1: Диапазоны частот и амплитуды магнитных сигналов от различных органов человека.

Большой интерес в современной науке и технике представляет использование высокотемпературных СКВИДов постоянного тока в высокочувствительных магнитометрических системах различного назначения, в частности, их практическое применение в диагностических комплексах для исследований биомагнитных сигналов, генерируемых живыми организмами. Выше на Рис.1 представлены диапазоны частот и амплитуды магнитных сигналов, генерируемых различными органами человека [1|. Очевидно, что для достоверной регистрации сигналов в указанном диапазоне частот и амплитуд наиболее предпочтительным представляется использование в качестве детекторов магнитного ноля датчиков на базе низко- и высокотемпературных СКВИДов. На настоящий момент в науке и технике уже можно наблюдать успешное использование магнитометров па базе НТСП СКВИДов. В медицине.

& ю4

га

с;

С

з §

В

10

10

10

Ют

например, это системы снятия магнитных энцефало- и кардиограмм человека [2] - [6]. в геофизике - системы для измерения изменения магнитного поля Земли [7] - [10], в методах неразрушающего контроля качества материалов - системы для поиска внутренних микродефектов в материалах [И] - [15]. Однако, ряд преимуществ по сравнению в этим могли бы иметь магнитометрические системы на базе ВТСП СКВИДов. Во-первых, смена хладоагента с жидкого гелия на жидкий азот сильно снизило бы стоимость эксплуатации систем. Второе неоспоримое преимущество ВТСП СКВИД-магнитометров заключается в гораздо большей мобильности измерительных систем по сравнению с системами на базе НТСП СКВИДов.

Однако, существует ряд особенностей в построении высокочувствительных магнитометрических систем на базе высокотемпературных СКВИДов постоянного тока. Во-перых, использование высокотемпературных СКВИДов для детектирования сигналов от биологических источников до недавнего времени было несколько ограничено из-за их недостаточной чувствительности по индукции магнитного поля. Предельная чувствительность стандартных высокотемпературных СКВИДов постоянного тока с автотрансформаторной системой преобразования индукции магнитного поля в магнитный поток в петле СКВИДа находится на уровне 80 - 100 фТл/Гц1/2. При измерении магнитных полей, генерируемых в сердце или мозге человека, такой разрешающей способности оказывается не достаточно для получения диагностически ценной информации о работе проводящей системы сердца и мозга. Поэтому практическое применение высокотемпературных СКВИД-магнитометров в медицине представлялось очень проблематичным, пока не были изготовлены высокотемпературные СКВИД-датчики постоянного тока с предельной разрешающей способностью 15 фТл/Гц1/2 [16] (Исследовательский центр в г. Юлихе, Германия) вместо типичных 100 фТл/Гц1^2 [18]. [19]. Данная модель ВТСП-СКВИД-датчиков была доработана авторами [16] до уровня коммерческих образцов, пригодных для использования в реальных измерительных системах, и получила условное обозначение "НТМ-8". Такие высокотемпературные СКВИДы уже могут быть использованы в биомагнитных

измерениях, так как их разрешающая способность по индукции магнитного поля сравнима с разрешающей способностью низкотемпературных датчиков.

Второй проблемой, которую необходимо преодолеть на пути практического применения таких СКВИД-датчиков в неэкранированном пространстве, является то, что до настоящего времени на ВТСП-материалах не удается реализовать конфигурацию приемных трансформаторов магнитного потока в форме граднометров второго порядка. Возможными решениеми данной задачи является либо построения на базе трех ВТСП-СКВИД-магнитометров электронного градиентометра первого порядка с референтным СКВИДом [20]; либо электронного градиентометра второго порядка [21).

В свою очередь, использование магнитометров с высокой чувствительностью по индукции магнитного поля в условиях высокой плотности индустриальных помех требует внесения существенных изменений в стандартную модуляционную СКВИД-электронику для того, чтобы магнитометры с ВТСП-СКВИД-датчиками типа НТМ-8 могли стабильно работать в неэкранированном пространстве. Поэтому необходимо разработать новый вариант модуляционной СКВИД-электроники, адаптированной для работы с такими высокочувствительными СКВИД-датчиками без дополнительной магнитной экранировки.

Цель работы

Целью данной работы были разработка и создание градиентометра на базе трех ВТСП СКВИДов для измерения слабых магнитных сигналов в неэкранированном пространстве. Так же ставилась задача исследования собственной чувствительности градиентометра.

Задачи работы

При выполнении работы ставились следующие задачи.

1. Адаптация модуляционной СКВИД-электроники для работы с ВТСП СКВИД-датчиком типа НТМ-8 в открытом пространстве.

2. Создание измерительной вставки с тремя ВТСП СКВИД-датчиками в азотный криостат с прецизионной системой механической балансировки.

3. Создание системы электронного градиентометра.

4. Проведение измерения собственной чувствительности градиентометра. Измерение магнитного поля от диполыюго источника магнитного сигнала.

Научно-практическая ценность диссертации

Полученные в данной диссертации результаты крайне важны с точки зрения развития технической базы экспериментальной физики, биологии и методов диагностики в медицине.

Научная ценность данных результатов состоит в демонстрации реальной возможности использования ВТСП СК ВИДов в высокочувствителыюй магнитометрии в неэкранированном пространстве.

Практическая ценность результатов состоит, прежде всего, в том, что использование ВТСП СКВИДов в магнитометрии на порядок снижает стоимость обслуживания магнитометра за счет использования более дешевого хладоагента - жидкого азота. Кроме того, использование ВТСП СКВИДов с криокулерами гораздо легче, удобнее и дешевле в сравнении с НТСП СКВИДами. Так же можно с уверенностью сказать, что возможность использования ВТСП материалов в магнитных измерениях сильно увеличивает мобильность самих диагностических комплексов. Таким образом, открывается новая ниша крайне мобильных магнитометрических систем, которые могут быть интересны не только в экспериментальной физике и медицине, но и в методах неразрушающего контроля материалов.

Апробация работы

Результаты работы докладывались на

- международной конференции "Applied Superconductivity Conference (ASC-

2008)", Чикаго, Иллиноис, США, 2008;

- международной конференции "Micro- and nanoelectronics - 2009" (ICMNE-

2009), Звенигород, 2009;

Результаты диссертации отражены в 6 публикациях, в том числе в двух статьях в научных реферируемых журналах [А1],[АЗ] рекомендованных ВАК, а также в 3 тезисах докладов конференций [A2),[A4j.[A6]. По результатам работы получен патент РФ [А7].

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, обзора литературы, 4 глав, заключения и списка литературы. Объем диссертации 107 страгшц, включая 44 рисунка. Список литературы состоит из 70 наименований.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, поставлены цели работы, сформулированы задачи, а также перечислены основные результаты, представляемые на защиту. Кроме того, дано краткое описание содержания глав.

В обзоре литературы дан обзор теории, касающейся темы диссертации.

В главе 1 описана работа СКВИД-магнитометров с модуляционной СКВИД-электроникой. Подробно рассмотрены возникающие преимущества при использовании ВТСП СКВИД-магнитометров нового типа по отношению к стандартным ВТСП СКВИД-магнитометрам. Основные характеристики используемых в работе датчиков приведены с следующей таблице:

Параметр Значение

Размах сигнальной характеристики Наклон Величина Щ Чувствительность по магнитному полю Собственный шум Эффективная площадь Коэффициент связи катушки обратной связи 50 мкВ 150 мкВ/Фо 2.8 нТ/Фо 50 фТл/Гц1/2 18 мкФо/Гц1/2 0.7 мм2 2.5 мкА/Фо

В разделе 1.1 рассмотрен принцип работы модуляционной СКВИД-электроники. Несмотря на то, что модуляционная схема СКВИД-электроники была впервые предложена в 1976 г. [22], она до сих пор остается более широко используемой, чем появившаяся позднее схема с прямым усилением [23]. Основным преимуществом модуляционной схемы является возможность применения согласующего трансформатора перед первым каскадом усиления в электронике, что полезно по двум причинам (см. рис. 2). Во-первых, это увеличивает выходной импеданс СКВИДа в к2 раз, (к - коэффициент трансформации трансформатора), что переводит полевой транзистор в

Рис. 2: Функциональная блок-схема нового варианта модуляционной СКВИД-электроники.

первом каскаде усиления в более благоприятный режим его работы с сопротивлением порядка 1 кОм на входе. Во-вторых, сам трансформатор усиливает сигнал в к раз, выступая в качестве малошумящего усилителя. Важным преимуществом модуляционной схемы является исключение из выходного сигнала низкочастотных шумов усилителей типа 1//.

В разделе 1.2 подробно описан реализованный в данной работе вариант модуляционной СКВИД-электроники. На Рис. 2 функциональная блок-схема устройства. Первый каскад усиления в СКВИД-электронике всегда играет самую важную усилительную роль, так как именно им определяется входной шум электроники. В нашей электронике он выполнен на базе п-канального полевого транзистора (п-СЬаппе1 ЛГЕТ) 23К369. Основные характеристики разработанной СКВИД-электроники приведены в ниже:

Параметр Значение

Полоса пропускания Скорость нарастания сигнала Динамический диапазон Шум входного усилителя Линейный коэффициент усиления Потребляемая мощность Физический размер от 20 кГц до 500 кГц 250 кФо/с 150 дБ < 1 нВ/Гц1/2 60000 ~5 Вт 110 мм х 60 мм х 15 мм

В разделе 1.3 написано про систему переменного тока смещения, включенную в созданную СКВИД-электронику. Известно, что критические токи /р и нормальные сопротивления в резистивном состоянии й^ джозефсоновских переходов, из которых состоят СКВИДы, подвержены низкочастотным флуктуациям. Однако в случае низкотемпературных СКВИДов с туннельными джозефсоновскими переходами эти флуктуации настолько малы, что почти не влияют на низкочастотный шум СКВИДа [24]. В случае же высотемпературных СКВИДов флуктуации критического тока и нормального сопротивления являются доминирующим источником дополнительного низкочастотного шума [25]. Именно для борьбы с дополнительным низкочастотным шумом джозефсоновских переходов предложены схемы с переменным током смещения СКВИДа [23]. Сигнал переменного тока смещения в разработанной электронике формируется с помощью ПЛИС-матрицы и имеет прямоугольную форму, как и сигнал модуляции.

В разделе 1.4 описана работа СКВИД-электроники с ВТСП СКВИД-магнитометром типа НТМ-8 в неэкранированном пространстве. Для работы в неэкранированном пространстве в условиях индустриального города с датчиками магнитного поля типа НТМ-8 величина коэффициента обратной связи была настроена на значение 8 мВ/Фо (коэффициентом обратной связи называют величину напряжения на выходе интегратора схемы, задающего через резистор обратной связи ток в катушку модуляции, формирующий магнитный поток в СКВИДе, равный одному кванту Фо). При такой сильной глубине обратной связи СКВИД-магнитометр, состоящий из СКВИДа

Частота, Гц

Рис. 3: Магнитный фон в индустриальном городе и в полевых условиях.

типа НТМ-8 и исследуемой электроники, стабильно работал на протяжении нескольких часов в условиях лаборатории, которая находится в центре Москвы. Спектр внешнего магнитного поля был зарегистрирован с помощью спектроанализатора модели SR785 фирмы Stanford Research Instruments (см. Рис.3).

В главе 2 приведено описание измерительной вставки с тремя ВТСП СКВИД-датчиками. Для расположения СКВИД-датчиков типа НТМ-8 в азотном криостате была разработана и изготовлена специальная вставка из пластикового материала, имеющего очень низкий коэффициент температурного расширения. Каждый СКВИД располагается в измерительной вставке как показано на Рис. 4 (а).

При конструировании аксиального "электронного"градиомстра СКВИД-датчики были размещены в измерительном зонде на одной вертикальной оси так, чтобы обеспечить максимальную параллельность приемных трансформаторов потока СКВИД-датчиков. Расстояние между датчиками

А

а)

б)

Рис. 4: а) Схема расположения 3-х ВТСП СКВИД-магнитометров в измерительном стержне с механической системой балансировки, б) Схема приемного трансформатора потока в форме аксиального градиентометра второго порядка из ниобиевой проволоки для низкотемпературных СКВИДов.

фактически, являющееся так называемой базой градиометра. равно 50 Мм. Таким образом конструкция из трех ВТСП СКВИД-магнитометров является аналогом градиентометрической приемной петли в случае использования НТСП материалов (Рис. 4 (б)). Диаметр самого измерительного стержня равен 40 мм.

В главе 3 рассмотрена реализация электронной системы градиентометра с подробным анализом необходимых требований, предъявленных к магнитометрической системе в целом.

В разделе 3.1 подробно затронуты методы борьбы с внешними шумами. На Рис.3 показан спектр фонового магнитного поля в индустриальном городе. Измерять магнитные сигналы от биологических объектов (см. Рис.1) в таком шуме практически невозможно. Существует несколько способов подавления магнитного шума окружающего пространства при измерениях с помощью СКВИДов: магнитоэкранированная комната, градиентометрические приемные петли и электронная компенсация внешнего магнитного поля. Применение магшп'оэкрааированных комнат оказывается слишком дорогим и

неприемлемым для биомагнитных и медицинских применений.

Известно, что магнитные поля от удаленных источников гораздо более однородны, чем поля от источников, находящихся непосредственно рядом с магнитометром. Исходя из этого очевидно, что сигнал, равный разнице сигналов, измеренных в двух близко расположенных точках, будет иметь амплитуду на несколько порядков меньше, чем амплитуда исходного сигнала. При этом полезный сигнал практически не будет потерян, так как его источник всегда находится рядом с магнитометром, а шум будет уменьшен существенно.

К сожалению, до настоящего времени на ВТСП-материалах не удается реализовать конфигурацию приемных трансформаторов потока в форме градиометров второго порядка. Альтернативным подходом подавления внешнего магнитного шума может служить использование одного или более референсных магнитометров. В качестве референсных магнитометров могут выступать либо СКВИД-датчики, либо магнитометры любого другого типа. После вычитания сигнала, измеряемого референсным магнитометром, из другого СКВИД-магнитометра получается градиентометрический сигнал. Таким образом, для измерения граднентометрического сигнала 2 порядка с помощью ВТСП СКВИДов необходимо измерение магнитного сигнала каждым СКВИД-датчиком и дальнейшее сложение сигналов на электронном уровне по формуле:

7(аА - В) - {(ЗВ - С) = а-уА - 2(0 + -у)В-С (1)

где А, В, С - исходные сигналы с 3 СКВИД-магнитометров, а,/3,7 -подстроенные коэффициенты.

В разделе 3.2 приведено полное описание созданной электронной системы, производящей необходимое сложение сигналов с трех датчиков магнитного поля. Также тут приведена вся информация по системе электронного управления всем электронным градиентометром 2 порядка на базе трех ВТСП СКВИД-магнитометров.

В главе 4 описана настройка, калибровка и балансировка созданной магнитометрической системы.

В результате всей работы была создана система электронного

в

А-2В+С

Рис. 5: Градиентометр 2 порядка.

Рис. С: Блок-схема всей системы, состоящей из измерительной вставки в азотном криостате с тремя ВТСП СКВИД-магнитометрами типа НТМ-8, блока трех СКВИД-электроник и блока электронного градиентометра. Управление системой осуществляется с персонального компьютера.

градиентометра, позволяющая измерять градиентометрический магнитный сигнал от различных источников. Система состоит из 3 каналов СКВИД-электроники. адаптированных для работы с ВТСП СКВИДами в открытом пространстве, блока электронного градиентометра и цифрового блока управления системой. Три СКВИД-датчика располагаются в специальном пластиковом измерительном стержне. Вся система управляется с помощью персонального компьютера. На Рис.6 изображена блок схема созданной системы, основными частями которой являются:

1. 3 ВТСП СКВИД-магнитометра типа НТМ-8

2. пластиковая вставка в азотный криостат

3. азотный криостат из неметаллического материала

4. пенопластовое горло в азотный криостат

5. жидкий азот

6. блок 3-х канальной СКВИД-электроники

7. модуляционная СКВИД-электроника, адаптированная для работы с ВТСП СКВИД-магнитометрами типа НТМ-8

8. соединительный кабель с разъемами типа SCSI

9. система электронного градиентометра

10. соединительный кабель с разъемами типа DVI-29

И. блок электронного градиентометра, управляемый микроконтроллером типа AVR

12. блок питания всей системы

13. электронный блок управления системой на базе микроконтроллера типа ARM 7

В заключении сформулированы основные результаты работы.

Заключение

1. Создана модуляционная СКВИД-электроника; адаптированная для работы с ВТСП СКВИДами постоянного тока как в экранированном, так и в открытом пространстве. У созданного варианта СКВИД-электроникп расширен динамический диапазон до 150 дБ и имеется возможность подавать в СКВИД переменный ток смещения.

2. Для СКВИД-магнитометра с дополнительным концентратором магнитного потока, обеспечивающим чувствительность в экранированном пространстве 50 фТл/Гц1/2 на частотах выше 10 Гц, продемонстрирована стабильная работа СКВИД-магнитометров типа НТМ-8 в неэкранированном пространстве в условиях индустриального города с чувствительностью на уровне 100 фТл/Гц1/2.

3. Спроектирована и собрана измерительная пластиковая вставка в азотный криостат с тремя ВТСП СКВИД-магнитометрами, располагающимися вертикально друг над другом. В конструкции вставки создана прецизионная система механической балансировки электронного градиентометра.

4. Спроектирован и сконструирован электронный градиентометр второго порядка, производящий обработку сигналов с трех СКВИДов по формуле А — 2В + С. Созданное устройство имеет следующие характеристики:

• База градиентометра равна 10 см.

• Предельная чувствительность по магнитному полю составляет 4 фТл/см2Гц1/'2 или 100 фТл/Гц1/2, приведенных к нижнему СКВИД-магнитометру .

• Рабочая полоса измеряемого сигнала равна 15 кГц.

• Динамический диапазон измеряемого сигнала равен 144 дБ.

• Скорость слежения изменения измеряемого сигнала равна 250 кФо/с.

5. Прибор может быть использован с предельной чувствительностью по магнитному полю 4 фТл/см2Гц'/2 в слабо-экранированном пространстве

или в местах, удаленных от индустриальных помех с использованием аккумуляторного питания всей системы. Также возможно использование созданной магнитометрической системы в условиях неэкранированного пространства в индустриальном городе с чувствительность 8-12 фТл/см2Гц1/2, что эквивалентно 200 - 300 фТя/Гц1/2, приведенным к нижнему СКВИД-магнитометру.

6. Проведенное исследование показало, что использование высокотемпературным СКВИД-магнитометров в области измерения магнитных сигналов в неэкранированном пространстве в индустриальном городе затруднено наличием сильного и крайне нестабильного низкочастотного магнитного фона.

Результаты диссертации отражены в следующих публикациях

[Al] Е.В. Бурмистров, П.Н. Дмитриев, М.А. Тарасов. А.С. Калабухов, С.А. Ковтонюк, С.А. Гудошников, О.В. Снигирев, JI.C. Кузьмин, В.П. Кошелец, "Реализация планарного СКВИД- пикоамперметра", Радиотехника и Электроника, 2006, т. 51, е 5, стр. 1-6.

[А2] L. Kuzmin, P. Mauskopf, V. Zakosarenko, D. Golubev, E. Burmistrov, H.-G. Meyer, "Cold-Electron Bolometers with SQUID Readout for OLIMPO Balloon Telescope", 7-th Int. Conf. on Low Temp. Electron., WOLTE-7, 21-23 June 2006, Noordwijk, The Netherlands. ESA Proceedings 2C4, pp. 117-124

[A3] Е.В. Бурмистров, В.Ю. Слободчиков, В.В. Ханин, Ю.В. Масленников, О.В. Снигирев, "Модуляционная СКВИД-электроника для работы с высокотемпературными СКВИДами в открытом пространстве", Радиотехника и электроника, 2008, т. 53, еЮ. стр. 1333-1340.

[А4] E.V. Burmistrov, V.Yu. Slobodchikov, V.V. Khanin, Yu.V. Maslennikov, O.V. Snigirev, "DC SQUID modulation electronics for operation with HTS DC SQUID magnetometers in the unshielded environment", 2008 Applied Superconductivity Conference, Chicago, Illinois USA, August 17-22, 3EPF02.

[A5] E.V. Burmistrov, V.Yu. Slobodchikov, V.V. Khanin, Yu.V. Maslennikov, O.V. Snigirev, "DC SQUID modulation electronics for operation with HTS DC

SQUID magnetometers in the unshielded environment", IEEE Transactions on Applied Superconductivity, vol. 19, issue 3, pp. 206-209. [A6] E.V. Burmistrov, V.Yu. Slobodchikov, V.V. Khanin, Yu.V. Maslennikov, "DC SQUID modulation electronics for operation with HTS DC SQUID magnetometers in the unshielded environment", Ll-06, International Conference "Micro- and nanoelectronics", 2009. [A7] 29.10.2009 в федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам РФ принято решение о выдаче патента РФ по заявке е 2008147035(061496) от 28.11.2008 "Магнитометр-градиентометр на основе СКВИДов постоянного тока из высокотемпературных сверхпроводников".

Список литературы

[lj Wikswo J.P.; Applications of SQUID magnetometers to biomagnetism and nondestructive evaluation, Application of superconductivity, H. Weinstock, pp. 139228, 2000

[2] Koch H., SQUID Magnetocardiography: Status and Perspectives, iEEE Trans, on Appl. Supercond., Vol. 11, No. 1, 2001

[3] Fenici R., Brisinda R., and Meloni R., Clinical application of magnetocardiography, Expert Rev. Mol. Diagn. 5 n.3, 291-313 2005

[4] Измеров Н.Ф., Ушаков И.В., Бухтияров И.В., Васнев А.В., Масленников Ю.В., Кондратюк Л.Л., Никитина JI.C., Магнитокардиографня как новый метод кардиодиагностики для медицины труда, Медицина труда и промышленная экология, 2005, с 6, с. 32-37

[5] Hovvak Н., Giessler F., Huonkcr R., Multichannel magnetocardiography in unshielded environments, Clin. Phys. Physiol. Meas., 12, 5-11, 1991

[6] Lounasmaa O.V., Seppa H., SQUIDs in Neuri- and Cardiomagnetism, J. of Low Temp. Phys., V. 135, N. 5/6, 2004

[7] J. Clarke, Geophysical applications of SQUID, IEEE Trans. Magn., 19, 288, 1983

[8] Foley C.P., Tilbrook D.I., Leslie K.E. et al., Geophysical exploration using magnetic gradiometry based on HTS SQUIDs, IEEE Trans. Appl. Supercond., 11, 1375, 2001

[9] Leslie K.E., Binks K.E., Foley C.P. et al. Operation of a geophysical HTS SQUID system in sub-Arctic environments, IEEE Trans. Appl. Supercond,., 13, 759, 2001

[10] Meyer H.G., Stolz R., Chwala A.. Schulz M., SQUID technologies for geophysical exploration, Phys. Stat. Sol, (c) 2, 1504, 2004

[11] Weinstock H., A review of SQUID magnetometry applied to nondestructive evaluation, IEEE Trans. Magn., 27, 3231, 1991

[12| Mignogna R.B., Chaskelis H.H., Investigation of deformation using SQUID magnetometry, Review of Progress in QNDE vol. 8, cd. Thompson D. 0. and Chi-menti D., pp. 551-8, 1989

[13] Banchet J., Jouglar J., Vuillermoz P.-L.. Waltz P. and Weinstock H., Magne-tomechanical behaviour of steel via SQUID magnetometry, IEEE Trans. Appl. Supercond., 5, 2486, 1995

[14] Wikswo J.P., Design considerations for magnetic imaging with SQUID microscopes and arrays, Pros. 4th Int. Superconductive Electronics Conj., pp. 189, 1993

[15] Jenks W.G., Sadeghi S.S.H. and Wikswo J.P., SQUIDs for nondestructive evaluation, J. Phys. D: Appl. Phys., 30, 293-323, 1997

[16] Faley M.I., Poppe U.. Urban K., Paulson K. and Fagaly K., A New Generation of the HTS Multilayer DC-SQUID Magnetometers and Gradiometcrs, Journal of Physics: Conference Series 43, 1199-1202, 2006

[17] Фалей М.И., Тонкопленочные гетероструктуры оксидных сверхпроводников и их применение для сверхпроводниковых квантовых интерферометров, Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук, Москва, 2005

[18| Cantor R., Lee L.P.. Teepe М., Vinetskiy V., and Longo J.. Low-noise single-layer YBaCuO DC-SQUID magnetometers at 77K, IEEE Trans. Magn., 1991, v. 27, N 2, pp. 14З4-ЦЗ7

[19] Lee L.P., Longo J., Vinetskiy V., and Cantor R., Monolitic 77K dc SQUID magnetometer, Appl. Phys. Lett., 1991, V. 59, N 23, pp. 3051-3053

[20] Koch R.H, Rozen J.R., Sun J.R. and Gallagher W.J., Tree SQUID gradiometer, Appl. Phys. Lett. 63, n.3; 19 July 1993.

[21] Zhang Y., Panaitov G., Wang S.G., Wolters N., Otto R., Schubert J.; Zander W., Krause H.-.J., Soltner H., Bousack H. and Braginski A.I., Second-order, high-temperature superconducting gradiometer for magnetocardiography in unshielded environment, Appl. Phys. Lett. 76. n. 7, 14 February 2000.

[22] Clarke J., Goubau W.M. and Ketchen M.B., Tunnel junction DC SQUID: fabrication, operation and performance, J. Low Temp. Phys., 25, 99-44, 1976

[23] D. Drung, "High-TC and Low-TC dc SQUID electronics", Supercond. Sci. Tech-nol. 16 (2003) 1320-1336.

[24] Savo В.. Wellstood F.C. and Clarke J., Low frequency excess noise in Nb-A1203-Nb Josephson tunnel junctions, Appl. Phys. Lett., 50, 1757-9, 1987

[25] Koelle D., Kleiner R.. Ludwig F., Dantsker E. and Clarke J.; High-trangition-temperature superconducting quantum interference devices, Rev. Mod. Phys. 71, 631-86, 1999

Подписано в печать 11.01.10 Формат 60x88 1/16. Объем 1 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 812 Отпечатано в ООО «Соцветие красок» 119991 г.Москва, Ленинские горы, д.1 Главное здание МГУ, к. А-102

Введение

Обзор литературы

0.1 К истории сверхпроводниковой электроники.

0.2 Эффект Джозефсона

0.3 Резистивная модель Джозефсоновского перехода, шунтированный туннельный контакт

0.4 Два джозефсоновских перехода в сверхпроводящем кольце,

СКВ ИД постоянного тока.

0.4.1 Модель двухконтактного СКВИДа.

0.4.2 Шум и энергетическое разрешение.

0.5 Электроника с обратной связью для СКВИДа постоянного тока.

0.5.1 Схема обратной связи.

0.5.2 Шум, добавляемый усилителем в электронике

0.6 СКВИД-магнитометры

Глава 1 Работа ВТСП СКВИДа в неэкранированном пространстве

1.1 ВТСП СКВИД-магнитометры нового типа в работе с модуляционной СКВИД-электроникой.

1.1.1 Принцип работы Модуляционной СКВИД-электроники

1.1.2 Реализация Модуляционной СКВИД-электроники

1.1.3 Схема переменного тока смещения СКВИДа.

1.2 Работа высокотемпературного СКВИД-магнитометра в открытом пространстве.

Глава 2 Конструкция измерительной вставки с тремя ВТСП

СКВИД-датчиками •

2.1 Пластиковая вставка в азотный криостат.

2.2 Система механической балансировки СКВИД-датчиков

Глава 3 Блок электронного градиентометра

3.1 Методы борьбы с внешним шумом.

3.2 Реализация блока электронного градиентометра.

3.2.1 Система сложения аналоговых сигналов от трех магнитометров.

3.2.2 Система цифрового управления

Глава 4 Настройка, калибровка и балансировка магнитометрической системы

4.1 Описание созданной магнитометрической системы.

4.2 Настройки каждого СКВИД-канала с датчиком типа НТМ

4.3 Методика балансировки электронного градиентометра

4.4 Разрешающая способность системы

4.5 Измерение с помощью электронного градиентометра сигнала от дипольного источника магнитного сигнала.

Актуальность темы

10 5

1°4 сс :§ Л

О о сз

3 с:

101

10

10 1

Ют

Кардиограмма;

Окулограмма

Миограмма

Кардуюг ра!ша|эмбрй£>йа

Энцефалограмма

КТИВНОеТЬ'ЩрВ!; ГОЛОБНОПОйМШЗГа

Активность бпиннбго:мозга!

100т

1 10

100 Ш

Рис. 0.1. Диапазоны частот и амплитуды магнитных сигналов от различных органов человека.

Большой интерес в современной науке и технике представляет использование высокотемпературных СКВИДов постоянного тока в высокочувствительных магнитометрических системах различного назначения, в частности, их практическое применение в диагностических комплексах для исследований биомагнитных сигналов, генерируемых живыми организмами. Выше на Рис.0.1 представлены диапазоны частот и амплитуды магнитных сигналов, генерируемых различными органами человека [1]. Очевидно, что для достоверной регистрации сигналов в указанном диапазоне частот и амплитуд наиболее предпочтительным представляется использование в качестве детекторов магнитного поля датчиков на базе низко- и высокотемпературных СКВИДов. На настоящий момент в науке и технике уже можно наблюдать успешное использование магнитометров на базе НТСП СКВИДов. В медицине, например, это системы снятия магнитных энцефало- и кардиограмм человека [2] - [6], в геофизике - системы для измерения изменения магнитного поля Земли [7] - [10], в методах неразрушающего контроля качества материалов - системы для поиска внутренних микродефсктов в материалах [11] - [15]. Однако, ряд преимуществ по сравнению в этим могли бы иметь магнитометрические системы на базе ВТСП СКВИДов. Во-первых, смена хладоагента с жидкого гелия на жидкий азот сильно снизило бы стоимость эксплуатации систем. Второе неоспоримое преимущество ВТСП СКВИД-магнитометров заключается в гораздо большей мобильности измерительных систем по сравнению с системами на базе НТСП СКВИДов.

Однако, существует ряд особенностей в построении высокочувствительных магнитометрических систем на базе высокотемпературных СКВИДов постоянного тока. Во-перых, использование высокотемпературных СКВИДов для детектирования сигналов от биологических источников до недавнего времени было несколько ограничено из-за их недостаточной чувствительности по индукции магнитного поля. Предельная чувствительность стандартных высокотемпературных СКВИДов постоянного тока с автотрансформаторной системой преобразования индукции магнитного поля в магнитный поток в петле СКВИДа находится на уровне 80

- 100 фТл/Гц1/2. При измерении магнитных полей, генерируемых в сердце или мозге человека, такой разрешающей способности оказывается не достаточно для получения диагностически ценной информации о работе проводящей системы сердца и мозга. Поэтому практическое применение высокотемпературных СКВИД-магнитометров в медицине представлялось очень проблематичным, пока не были изготовлены высокотемпературные СКВИД-датчики постоянного тока с предельной разрешающей способностью 15 фТл/Гц1/2 [16] (Исследовательский центр в г. Юлихе, Германия) вместо типичных 100 фТл/Гц1/2 [18], [19]. Данная модель ВТСП-СКВИД-датчиков была доработана авторами [16] до уровня коммерческих образцов, пригодных для использования в реальных измерительных системах, и получила условное обозначение "НТМ-8". Такие высокотемпературные СКВИДы уже могут быть использованы в биомагнитных измерениях, так как их разрешающая способность по индукции магнитного поля сравнима с разрешающей способностью низкотемпературных датчиков.

Второй проблемой, которую необходимо преодолеть на пути практического применения таких СКВИД-датчиков в неэкранированном пространстве, является то, что до настоящего времени на ВТСП-материалах не удается реализовать конфигурацию приемных трансформаторов магнитного потока в форме градиометров второго порядка. Возможными решениеми данной задачи является либо построения на базе трех ВТСП-СКВИД-магнитометров электронного градиентометра первого порядка с референтным СКВИДом [20], либо электронного градиентометра второго порядка [21].

В свою очередь, использование магнитометров с высокой чувствительностью по индукции магнитного поля в условиях высокой плотности индустриальных помех требует внесения существенных изменений в стандартную модуляционную СКВИД-электронику для того, чтобы магнитометры с ВТСП-СКВИД-датчиками типа НТМ-8 могли стабильно работать в неэкранированном пространстве. Поэтому необходимо разработать новый вариант модуляционной СКВИД-электроники, адаптированной для работы с такими высокочувствительными СКВИД-датчиками без дополнительной магнитной экранировки.

Цель работы

Целью данной работы были разработка и создание градиентометра на базе трех ВТСП СКВИДов для измерения слабых магнитных сигналов в неэкранированном пространстве. Так же ставилась задача исследования собственной чувствительности градиентометра.

Задачи работы

При выполнении работы ставились следующие задачи.

1. Адаптация модуляционной СКВИД-электроники для работы с ВТСП СКВИД-датчиком типа НТМ-8 в открытом пространстве.

2. Создание измерительной вставки с тремя ВТСП СКВИД-датчиками в азотный криостат с прецизионной системой механической балансировки.

3. Создание системы электронного градиентометра.

4. Проведение измерения собственной чувствительности градиентометра. Измерение магнитного поля от дипольного источника магнитного сигнала.

Положения, выносимые на защиту

1. Создана модуляционная СКВИД-электроника, адаптированная для работы с ВТСП СКВИДами постоянного тока как в экранированном, так и в открытом пространстве. У созданного варианта СКВИД-электроники расширен динамический диапазон до 150 дБ и имеется возможность подавать в СКВИД переменный ток смещения.

2. Для СКВИД-магнитометра с дополнительным концентратором магнитного потока, обеспечивающим чувствительность в экранированном пространстве 50 фТл/Гц1/2 на частотах выше 10 Гц, продемонстрирована стабильная работа СКВИД-магнитометров типа НТМ-8 в неэкранированном пространстве в условиях индустриального города с чувствительностью на уровне 100 фТл/Гц1/2.

3. Спроектирована и собрана измерительная пластиковая вставка в азотный криостат с тремя ВТСП СКВИД-магнитометрами, располагающимися вертикально друг над другом. В конструкции вставки создана прецизионная система механической балансировки электронного градиентометра.

4. Спроектирован и сконструирован электронный градиентометр второго порядка, производящий обработку сигналов с трех СКВИДов по формуле А — 2В + С. Созданное устройство имеет следующие характеристики:

• База градиентометра равна 10 см.

• Предельная чувствительность по магнитному полю составляет 4 фТл/см^ц1/2 или 100 фТл/Гц1/2, приведенных к нижнему СКВИД-магнитометру .

• Рабочая полоса измеряемого сигнала равна 15 кГц.

• Динамический диапазон измеряемого сигнала равен 144 дБ.

• Скорость слежения изменения измеряемого сигнала равна 250 кФо/с.

5. Прибор может быть использован с предельной чувствительностью по магнитному полю 4фТл/см2Гц1/2 в слабо-экранированном пространстве или в местах, удаленных от индустриальных помех с использованием аккумуляторного питания всей системы. Также возможно использование созданной магнитометрической системы в условиях неэкранированного пространства в индустриальном городе с чувствительность 8-12 фТл/см2Гц1/2, что эквивалентно 200 - 300 фТл/Гц1/2, приведенным к нижнему СКВИД-магнитометру.

6. Проведенное исследование показало, что использование высокотемпературных СКВИД-магнитометров в области измерения магнитных сигналов в неэкранированном пространстве в индустриальном городе затруднено наличием сильного и крайне нестабильного низкочастотного магнитного фона.

Научно-практическая ценность диссертации

Полученные в данной диссертации результаты крайне важны с точки зрения развития технической базы экспериментальной физики, биологии и методов диагностики в медицине.

Научная ценность данных результатов состоит в демонстрации реальной возможности использования ВТСП СКВИДов в высокочувствительной магнитометрии в неэкранированном пространстве.

Практическая ценность результатов состоит, прежде всего, в том, что использование ВТСП СКВИДов в магнитометрии на порядок снижает стоимость обслуживания магнитометра за счет использования более дешевого хладоагента - жидкого азота. Кроме того, использование ВТСП СКВИДов с криокулерами гораздо легче, удобнее и дешевле в сравнении с НТСП СКВИДами. Так же можно с уверенностью сказать, что возможность использования ВТСП материалов в магнитных измерениях сильно увеличивает мобильность самих диагностических комплексов. Таким образом, открывается новая ниша крайне мобильных магнитометрических систем, которые могут быть интересны не только в экспериментальной физике и медицине, но и в методах неразрушающего контроля материалов.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, обзора литературы, 4 глав, заключения и списка литературы. Объем диссертации 107 страниц, включая 44 рисунка. Список литературы состоит из 70 наименований.

Основные результаты работы:

1. Создана модуляционная СКВИД-электроника, адаптированная для работы с ВТСП СКВИДами постоянного тока как в экранированном, так и в открытом пространстве. У созданного варианта СКВИД-электроники расширен динамический диапазон до 150 дБ и имеется возможность подавать в СКВ ИД переменный ток смещения.

2. Для СКВИД-магнитометра с дополнительным концентратором магнитного потока, обеспечивающим чувствительность в экранированном пространстве 50 фТл/Гц1/2 на частотах выше 10 Гц, продемонстрирована стабильная работа СКВИД-магиитометров типа НТМ-8 в неэкранированном пространстве в условиях индустриального города с чувствительностью на уровне 100 фТл/Гц1/2.

3. Спроектирована и собрана измерительная пластиковая вставка в азотный криостат с тремя ВТСП СКВИД-магнитометрами, располагающимися вертикально друг над другом. В конструкции вставки создана прецизионная система механической балансировки электронного градиентометра.

4. Спроектирован и сконструирован электронный градиентометр второго порядка, производящий обработку сигналов с трех СКВИДов по формуле А — 2В + С. Созданное устройство имеет следующие характеристики:

• База градиентометра равна 10 см.

• Предельная чувствительность по магнитному полю составляет 4 фТл/см^ц1/2 или 100 фТл/Гц1/2, приведенных к нижнему СКВИД-магнитометру .

• Рабочая полоса измеряемого сигнала равна 15 кГц.

• Динамический диапазон измеряемого сигнала равен 144 дБ.

• Скорость слежения изменения измеряемого сигнала равна 250 кФо/с.

5. Прибор может быть использован с предельной чувствительностью по магнитному полю 4 фТл/см^ц1/2 в слабо-экранированном пространстве или в местах, удаленных от индустриальных помех с использованием аккумуляторного питания всей системы. Также возможно использование созданной магнитометрической системы в условиях неэкранированного пространства в индустриальном городе с чувствительность 8 - 12 фТл/см2Гц1//2, что эквивалентно 200 - 300 фТл/Гц1/2, приведенным к нижнему СКВИД-магнитометру.

6. Проведенное исследование показало, что использование высокотемпературных СКВИД-магнитометров в области измерения магнитных сигналов в неэкранированном пространстве в индустриальном городе затруднено наличием сильного и крайне нестабильного низкочастотного магнитного фона.

Список публикаций автора

Al] Е.В. Бурмистров, П.Н. Дмитриев, М.А. Тарасов, А.С. Калабухов, С.А. Ковтонюк, С.А. Гудошников, О.В. Снигирев, JI.C. Кузьмин, В.П. Кошелец, "Реализация планарного СКВИД- пикоамперметра", Радиотехника и Электроника, 2006, т. 51, № 5, стр. 1-6.

А2] L. Kuzmin, P. Mauskopf, V. Zakosarenko, D. Golubev, E. Burmistrov, H.-G. Meyer, "Cold-Electron Bolometers with SQUID Readout for OLIMPO Balloon Telescope", 7-th Int. Conf. on Low Temp. Electron., WOLTE-7, 21-23 June 2006, Noordwijk, The Netherlands. ESA Proceedings 264, pp. 117-124

A3] Е.В. Бурмистров, В.Ю. Слободчиков, В.В. Ханин, Ю.В. Масленников, О.В. Снигирев, "Модуляционная СКВИД-электроника для работы с высокотемпературными СКВИДами в открытом пространстве", Радиотехника и электроника, 2008, т. 53, №10, стр. 1333-1340.

A4] Е.У. Burmistrov, V.Yu. Slobodchikov, V.V. Khanin, Yu.V. Maslennikov, O.V. Snigirev, "DC SQUID modulation electronics for operation with HTS DC SQUID magnetometers in the unshielded environment", 2008 Applied Superconductivity Conference, Chicago, Illinois USA, August 17-22, 3EPF02.

A5] E.V. Burmistrov. V.Yu. Slobodchikov, V.V. Khanin, Yu.V. Maslennikov, O.V. Snigirev, "DC SQUID modulation electronics for operation with HTS DC SQUID magnetometers in the unshielded environment", IEEE Transactions on Applied Superconductivity, vol. 19, issue 3, pp. 206-209.

A6] E.V. Burmistrov. V.Yu. Slobodchikov, V.V. Khanin, Yu.V. Maslennikov, "DC SQUID modulation electronics for operation with HTS DC SQUID magnetometers in the unshielded environment", Ll-06, International Conference "Micro- and nanoelectronics", 2009.

A7] 29.10.2009 в федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам РФ принято решение о выдаче патента РФ по заявке № 2008147035(061496) от 28.11.2008 "Магнитометр-градиентометр на основе СКВИДов постоянного тока из высокотемпературных сверхпроводников".

Заключение

1. Wikswo J.P., Applications of SQU1. magnetometers to biomagnetism and nondestructive evaluation, Application of superconductivity, H. Weinstock, pp. 139-228, 2000

2. Koch H., SQUID Magnetocardiography: Status and Perspectives, IEEE Trans, on Appl. Supercond., Vol. 11, No. 1, 2001

3. Fenici R., Brisinda R., and Meloni R., Clinical application of magnetocardiography, Expert Rev. Mol. Diagn. 5 n.3, 291-313 2005

4. Измеров Н.Ф., Ушаков И,Б., Бухтияров И.В., Васнев A.B., Масленников Ю.В., Кондратюк JI.JI., Никитина Л.С., Магнитокардиография как новый метод кардиодиагностики для медицины труда, Медицина труда и промышленная экология, 2005, № 6, с. 32-37

5. Howak Н., Giessler F., Huonker R., Multichannel magnetocardiography in unshielded environments, Clin. Phys. Physiol. Meas., 12, 5-11, 1991

6. Lounasmaa O.V., Seppa H., SQUIDs in Neuri- and Cardiomagnetism, J. of Low Temp. Phys., V. 135, N. 5/6, 2004

7. J. Clarke, Geophysical applications of SQUID, IEEE Trans. Magn., 19, 288, 1983

8. Foley C.P., Tilbrook D.I., Leslie K.E. et al., Geophysical exploration using magnetic gradiometry based on HTS SQUIDs, IEEE Trans. Appl. Supercond., 11, 1375, 2001

9. Leslie K.E., Binks K.E., Foley C.P. et al. Operation of a geophysical HTS SQUID system in sub-Arctic environments, IEEE Trans. Appl. Supercond., 13, 759, 2001

10. Meyer H.G., Stolz R., Chwala A., Schulz M., SQUID technologies for geophysical exploration, Phys. Stat. Sol, (c) 2, 1504, 2004

11. Weinstock H., A review of SQUID magnetometry applied to nondestructive evaluation, IEEE Trans. Magn., 21, 3231, 1991

12. Mignogna R.B., Chaskelis H.H., Investigation of deformation using SQUID magnetometry, Review of Progress in QNDE vol. 8, ed. Thompson D.O. and Chimenti D., pp. 551-8, 1989

13. Banchet J., Jouglar J., Vuillermoz P.-L., Waltz P. and Weinstock H., Magnetomechan-ical behaviour of steel via SQUID magnetometry, IEEE Trans. Appl. Supercond., 5, 2486, 1995

14. Wikswo J.P., Design considerations for magnetic imaging with SQUID microscopes and arrays, Pros. 4th Int. Superconductive Electronics Conf., pp. 189, 1993

15. Jenks W.G., Sadeghi S.S.H. and Wikswo J.P., SQUIDs for nondestructive evaluation, J. Phys. D: Appl. Phys., 30, 293-323, 1997

16. Faley M.I., Poppe U., Urban K., Paulson K. and Fagaly K., A New Generation of the HTS Multilayer DC-SQUID Magnetometers and Gradiometers, Journal of Physics: Conference Series 43, 1199-1202, 2006

17. Фалей М.И., Тонкопленочные гетероструктуры оксидных сверхпроводников и их применение для сверхпроводниковых квантовых интерферометров, Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук, Москва, 2005

18. Cantor R., Lee L.P., Teepe М., Vinetskiy V., and Longo J., Low-noise single-layer YBaCuO DC-SQUID magnetometers at 77K, IEEE Trans. Magn., 1991, v. 27, N2, pp. 14З4-ЦЗ7

19. Lee L.P., Longo J., Vinetskiy V., and Cantor R., Monolitic 77K dc SQUID magnetometer, Appl. Phys. Lett., 1991, V. 59, N 23, pp. 3051-3053

20. Koch R.H., Rozen J.R., Sun J.R. and Gallagher W.J., Tree SQUID gradiometer, Appl. Phys. Lett. 63, n.3, 19 July 1993

21. Kamerlingh Onnes H., Leiden Comm. 122b, 124 (1911)

22. R. Kleiner, D. Koelle, F. Ludwig and John Clarke, "SQUIDs: State of Art and Applications", Proceedings of the IEEE, Vol. 92, № 10, October 2004

23. B.D. Josephson. Phys. Lett., 1, 251 (1962)

24. J. Oppenlaender, Ch. Haeussler, and N. Schopohl, "Non- 0-periodic macroscopic quantum interference in one-dimensional parallel Josephson junction arrays with unconventional grating structure", Phys. Rev. (2001), В 63 024511-1-9

25. C.Tesche, J. Clarke, "de SQUIDs: Noise and Optimization", J. of Low Temp. Phys., Vol. 29, Nos. 12, 1977

26. K.K. Лихарев, Б.Т. Ульрих, Системы с джозефсоновскими контактами, Изд-во Московского университета, 1978

27. J. Clarke, W. Goubau, М. Ketchen, "Tunnel junction de SQUID: Fabrication, operation and performance", J. of Low Temp. Phys., Vol. 25:99, 1976

28. Y. Jia, W.R. Sun, J.R. Li, "An analysis theory of symmetric dc SQUID driven by thermal noise", Supercond. Sei. Technol., 16 (2003) 437-443

29. R. Peterson, C. Hamilton, "Analysis of the threshold for superconducting interferometers", J. Appl. Phys., 50:8135, 1979

30. V. J. de Waal, P. Schrijer, R. Llurba, "Simulation and optimizatiom of a dc SQUID with finite capacitance", J. of Low Temp. Phys., 54:215, 1985

31. D. Drung, "High-TC and Low-TC dc SQUID electronics", Supercond. Sei. Technol. 16 (2003) 1320-1336

32. Clarke J., Goubau W.M. and Ketchen M.B., Tunnel junction DC SQUID: fabrication, operation and performance, J. Low Temp. Phys., 25, 99-44> ^976

33. Koelle D., Kleiner R., Ludwig F., Dantsker E. and Clarke J., High transition temperature superconducting quantum interference devices, Reviews of Modern Physics, 71, 3, 631-686, April 1999

34. Faley M.I., Poppe U., Urban K., Paulson D.N., Starr T. and Fagaly R.L., Low noise HTS dc-SQUID flip-chip magnetometer and gradiometer, IEEE Trans, on Appl. Supercond., 11, 1, 1383-1386, 2001

35. Фалей М.И., Магнитометры и градиометры на основе гетероструктур оксидных сверхпроводников, Радиотехника и электроника, 50, 3, 1-8, 2005

36. Burghoff M., Trahms L., Zhang Y., Bousack H. and Borgmann J., Diagnostic application of high-temperature SQUIDs, J. Clin. Engr., 21(1), 62-66, 1996

37. Cochran A., Macfarlane J.C., Morgan L.N.C., Kuznik J., Weaton R., Hao L., Bowman R.M. and Donaldson G.B., Using a 77K SQUID to measure magnetic field foe NDE, IEEE Appl. Supercond., 4(3), 128-135, 1994

38. Morgan L.N.C., Carr C., Cochran A., McKirdy D.McA. and Donaldson G.B., Electromagnetic nondestructive evaluation with simple HTS SQUIDs: Measurements and Modelling, IEEE Trans, on Apple. Supercond., 5(2), 3127-3130, 1995

39. Chatraphorn S., Fleet E.F. and Wellstood F.C., High-Tc scanning SQUID microscopy: Imaging integrated circuits beyond the standard near-field limit., Dull. Am. Phys. Soc., 44(1), Part II, 1554 (Abstract), 1999

40. Fleet E.F., Chatraphorn S. and Wellstood F.C., HTS SQUID microscopy of eddy currents, Bull. Am. Phys. Soc., 44(1), Part II, 1554 (Abstract), 1999

41. Poppe U., Faley M.I., Breunig I., Speen R., Urban K., Zimmermann E., Glaas W. and Hailing H., HTS dc-SQUID Microscope with soft-magnetic Flux Guide, Supercond. Sei. and Technol., 17, 191-195, 2004

42. Ter Brake H.J.M., Flokstra J., Jaszczuk W., Stammis R., van Ancum G.K., Martinez A. and Rogalla H., 19-channel dc SQUID based neuromagnetometer, Clin. Phys. and Physiol. Meas., 12(Suppl. B), 45-50, 1991

43. Matlashov A.N., Slobodchikov V.Yu., Bakharev A.A., Zhuravlev Y.E. and Bon-darenko N., Biomagnetic multichannel system built with 19 cryogenic probes, Proc. 9th Inter. Conf. on Biomagnetism, Vienna, 493-496, 1995

44. Dossei O., David B., Fuchs M., Kruger J., Ludeke K.-M. and Wishmann H., A 31-channel SQUID system for biomagnetic imaging, Appl. Supercond., 110-12, 18131825, 1993

45. Gudden F., Hoening E., Reichenberger H., Schittenhelm R., Schneider A., A mut-lichannel system for use in biomagnetic diagnosis, Elcctromedica 57, 2-7, 1989

46. Hoening H.E., Daalmans G.M., Bar L., et al., Multichannel DC SQUID sensor array for biomagnetic applications, IEEE Trans. Magn., 27, 2777-2785, 1991

47. Drung D., The PTB 83-SQUID system for biomagnetic applications in a clinic, IEEE Trans. Appl. Supercond., 5, 2112-2117, 1995

48. Tsukada K., Kandori A., Miyashita T. et al., A simplified superconducting quantum interfirience device system to analyze vector components of a cardiac magnetic field, Proceedings of 20th Ann. Internal. Conf. of IEEE/EMBS, Japan, 1998

49. Yong-Ho Lee, Jin-Mok Kim, Kiwoong Kim, Hyukchan Kwon, Kwon-Kyu Yu, In-Seon Kim and Yong Ki Park, 64-channel magnetocardiogram system based on double relaxation oscillation SQUID planar gradiometer, Superconf. Sei. TechnoL, 19, S284-S288, 2006

50. Savo B., Wellstood F.C. and Clarke J., Low frequency excess noise in Nb-A1203-Nb Josephson tunnel junctions, Appl. Phys. Lett., 50, 1757-9, 1987

51. Koelle D., Kleiner R., Ludwig F., Dantsker E. and Clarke J., High-transition-temperature superconducting quantum interference devices, Rev. Mod. Phys. 71, 63186, 1999

52. Dössel 0., David B., Fuchs M., Kullmann W.H., and Ludeke K.-M., A modular low noise 7-channel SQUID-magnetometer, IEEE Trans. Magn., 27, 2797-800, 1991

53. Matsuda M., Ono S., Kato K., Matsuura T., Oyama H., Hayashi A., Hirano S., Kuriki S., Yokosawa K, High-Tc SQUID magnetometers for use in moderate magnetically-shielded room, IEEE Trans. Appl. Supercond., Vol. 11, 1315-1318, 2001

54. Gallop J.,.SQUIDs: some limits to measurement, Supercond. Sei. Technol., Vol. 16, 1575-1582, 2003

55. Borgmann J., David P., Krause H.J., Otto R. and Braginski A.I., Compensation techniques for high-temperature superconducting quantum interference device gra-diometers operating in unshielded environment, Rev. Sei. Instrum., Vol. 68, No. 8, August 1997

56. Bick M., Sternickel K., Panaitov G., Eifern A., Zhang Y. and Krause H.-J., SQUID Gradiometry for Magnetocardiography Using Different Noise Cancellation Techniques, IEEE Trans. Appl. Supercond., Vol. 11, No. 1, March 2001

57. Liao S.H., Hsu S.C., Lin C.C., Horhg H.E., Chen J.C., Chen M.J., Wu C.H. and Yang H.C., High-Tc SQUID gradiometer system for magnetocardiography in an unshielded environment, Supercond. Sei. Technol., 16, 1426-1429, 2003

58. Schultze V., Oukhanski N., Zakosarenko V., Ijsselstein R., Chwala A. and Meyer H.-G., HTS dc SQUID behaviour in external magnetic fields, IEEE Trans. Appl. Supercond., Vol. 11, 1319-1322, 2001

59. Robinson S.E., Environmental noise cancellation for biomagnetic measurements, in: S.J. Willimson et al. (eds.), "Advances in biomagnetism", 721-724, Plenum Press, New York, 1989

60. Kouznetsov K.A., Borgmann J. and Clarcke J., High-Tc second-order gradiometer for magnetocardiography in an unshielded environment, Appl. Phys. Lett., Vol. 75(13), 1979-1982, 1999

61. Wikswo J.R, Optimization of SQUID differencial magnetometers, AIP Conf. Proc., 44, 145-149, 1978

62. Cochran A., Donaldson G.B., Evanson S. and Bain R.J.P., First-generation SQUID-based nondestructive testing system, IEE Proceedings-A, 140(2), 113-120, 1993

63. Drung D., Performance of an electronic gradiometer, Supercond. Devices and there Appl, Springer-Verlang, New York, 64, 542-546, 1992

64. Tavrin Y., Zhang Y., Wolf W. and Braginski A.I., A second-order SQUID gradiometer operating at 77K, Supercond. Sei. Technol., 7, 265-268, 1994

65. R. Merrit, C. Purcell, G. Stroink, Создание однородного магнитного поля ри помощи трех, четырех, пяти квадратных катушек, Rev. Sei. Instrum., N7, 879882, 1983